Клітина як основна структурно-функціональна одиниця живої природи



Скачати 152.22 Kb.
Дата конвертації26.04.2016
Розмір152.22 Kb.
Лекція

Тема: КЛІТИНА ЯК ОСНОВНА СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНА ОДИНИЦЯ ЖИВОЇ ПРИРОДИ.

План

  1. Загальні уявлення про клітину.

  2. Основні положення клітинної теорії. Історія вивчення клітини.

  3. Методи цитологічних досліджень.

  4. Загальна характеристика будови клітини.

  5. Порівняльна характеристика будови клітин прокаріот і еукаріот.


Хід заняття


  1. Загальні уявлення про клітину.


Цитологія (від грец. Kytos - клітина) - наука про клітину.

Сучасна цитологія вивчає будову клітин, їх функціонування як елементарних живих систем; досліджує функції окремих клітинних компонентів, процеси відтворення клітин, їх репарацію, пристосування до умов середовища та інші процеси, які дозволяють судити про загальні для всіх клітин властивості і функції. Цитологія розглядає також особливості спеціалізованих клітин, етапи становлення їх особливих функцій і розвиток специфічних клітинних структур.



Клітина – елементарна структурно-функціональна одиниця живого, здатна до самовідтворення.

З відомих живих організмів тільки віруси є неклітинними формами життя.

Усі інші біологічні об’єкти побудовані з клітин – однієї (бактерії, найпростіші) або великої кількості (багатоклітинні тварини, рослини, гриби).

Клітини різних організмів відрізняються розмірами, формою, функціями, тривалістю життя.

Незважаючи на це, клітини мають загальні властивості: здатність до самовідтворення і передачі генетичної інформації, обміну речовин, росту, розвитку, мінливості, подразливості.


  1. Історія вивчення клітини.

За останні 50 років цитологія із описово-морфологічної переросла в експериментальну науку, яка ставить перед собою завдання вивчення фізіології клітини, її основних життєвих функцій і властивостей, її біології. Іншими словами, сучасна цитологія - це фізіологія клітини. Можливість такого переключення інтересів дослідників виникла в зв'язку з тим, що цитологія тісно пов'язана з науковими і методичними досягненнями біохімії, біофізики, молекулярної біології і генетики.





Учений

Внесок у дослідження клітин

Роберт Гук - англійський природодослідник (1665 р.)

Ввів поняття "клітина" для характеристики виявлених порожнистих утворень корка

Маргелло Мальчіні - італійський лікар, біолог (1675 р.), Н. Грю - англійський дослідник (1682 р.)

Узагальнили і поглибили уявлення про анатомічну будову рослин (вивчили будову провідних елементів, різні тканини)

Антоні ван Левенгук - голландський учений (1675 р.)

Удосконалення мікроскопа; вперше описав мікроскопічну будову інфузорій, бактерій, сперматозоїдів тварин, еритроцитів крові

Ш. Брісс-Мірбе - французький учений (1802 р.)

Встановив, що всі рослинні організми утворені тканинами, які, в свою чергу, складаються з клітин

Жан-Батіст Ламарк - французький учений (1808 р.)

Поширив ідею Ш. Брісс-Мірбе про клітинну будову рослин на тваринні організми

Ян Пуркіне - чеський учений, гістолог (1825 р.)

Відкрив ядро в яйцеклітині птахів

Карл Бер - російський природодослідник (1827 р.)

Відкрив яйцеклітину в ссавців; встановив, що всі багатоклітинні організми починають свій розвиток з однієї клітини

Роберт Броун - англійський учений, ботанік, один із засновників ембріології рослин (1831 р.)

Уперше описав ядро в рослинних клітинах

Горянінов П.Ф. - російський учений (1834 р.)

Висловив положення про єдність рослин і тварин на підставі спільності для них клітинної будови

Маттіас Шлейден - німецький учений ботанік, Теодор Шванн - німецький учений, зоолог (1839 р.)

Основоположники клітинної теорії

Рудольф Вірхов - німецький учений, патолог (1859 р.)

Доповнив клітинну теорію важливим положенням про те, що всяка клітина утворюється з існуючої клітини в результаті її поділу


Основні положення клітинної теорії.

Основні положення клітинної теорії:


1) клітина – елементарна структурно-функціональна одиниця організму;
2) нові клітини утворюються в результаті поділу або злиття тих, що раніше існували;
3) для всіх клітин характерна єдність хімічного складу і метаболічних процесів;
4) організм може складатися з однієї або безлічі клітин;
5) багатоклітинні організми являють собою систему клітин, які утворюють тканини й органи, пов’язаних між собою гуморальними та нервовими типами регуляції.


  1. Методи цитологічних досліджень.

Цитологія виникла як гілка мікроанатомії і тому основний метод, який використовують цитологи, - це метод світлової мікроскопії, за допомогою якого можна вивчати загальний план будови клітин та їхні органели, розміром не менш ніж 200 нм. Сучасні світлові мікроскопи можуть забезпечувати збільшення об'єктів у 2-3 тис. разів. У наш час цей метод знайшов цілий ряд доповнень і модифікацій, що значно розширило коло задач і питань, які вирішує цитологія.

Революційним моментом у розвитку сучасної цитології і біології загалом було застосування електронної мікроскопії, яка відкрила надзвичайно широкі перспективи. Електронний мікроскоп здатний збільшувати зображення об'єктів дослідження до 500.000 разів і більше. Завдяки йому були відкриті ті структури клітини, які мають розміри, менші за довжину світлової хвилі; з'явилася можливість розглянути віруси і рибосоми - органели, на яких відбувається біосинтез білка.

Для вивчення живих клітин використовують метод прижиттєвого вивчення. За допомогою даного методу можна вивчати певні процеси життєдіяльності клітини (рух цитоплазми, процес поділу тощо).


Також при вивченні живих клітин широко використовують флуоресцентні барвники і метод флуоресцентної мікроскопії. Суть його полягає в тому, що ціла низка речовин має здатність світитися при поглинанні ними світлової енергії. Спектр флуоресценції завжди зміщений в бік довгих хвиль по відношенню до збуджуваного флуоресценцією опромінення. Так, наприклад, виділений хлорофіл при освітленні в ультрафіолетових променях буде світитися червоним кольором. Цей принцип використовується в флуоресцентній мікроскопії: розгляд флуоресцентних об'єктів у зоні короткохвильових хвиль. Зазвичай у таких мікроскопах застосовуються фільтри, які дають освітлення в синьо-фіолетовій гамі. Існують також ультрафіолетові люмінесцентні мікроскопи.

За допомогою методу фракціонування клітин цитологи можуть також отримувати і вивчати різні компоненти клітини. При цьому клітини попередньо подрібнюють і в особливих пробірках уміщують у центрифугу - прилад, здатний розвивати швидкі колові оберти. Оскільки різні клітинні структури мають неоднакову щільність, вони під час роботи центрифуги осідатимуть неодночасно й утворюватимуть шари: щільніші - швидше, і тому опиняться внизу, а менш щільні - повільніше, вони розташовуються зверху. Шари, що утворилися, розділяють і досліджують окремо.

Є метод, у якому використовуються мічені ізотопи - метод авторадіографії - реєстрації речовин, мічених ізотопами. За допомогою цього методу можна побачити, в які частини клітини потрапляють речовини, мічені радіоактивними ізотопами. Це важливо для з'ясування особливостей функціонування клітини. Даний метод - один із основних методів, який дає можливість вивчати динаміку синтетичних процесів, порівнювати їх інтенсивність у різних клітинах на одному і тому ж апараті. Так, наприклад, за допомогою даного методу при використанні мічених попередників РНК було показано, що вся РНК синтезується тільки в інтерфазному ядрі, а наявність цитоплазматичної РНК є результатом міграції синтезованих молекул із ядра.

Виходячи з вищесказаного, можна зробити висновок про багатство арсеналу методів у цитології, який дає можливість дати точний аналіз, починаючи від форми, загального вигляду і розміру клітини, закінчуючи молекулярною композицією її окремих частин.




  1. Загальна характеристика будови клітини.

Плазматична мембрана (плазмалема) оточує клітину, визначає її розміри, форму та виконує такі функції: бар’єрна (захисна) – забезпечує асиметричний розподіл речовин між внутрішньоклітинним і позаклітинним середовищами; транспортна – визначає вибіркове надходження молекул до клітини і з клітини; рецепторна – уловлює і підсилює сигнали, закодовані в хімічній структурі гормонів, медіаторів; комунікативна – здійснює контакт сусідніх клітин між собою і з позаклітинною речовиною. 
http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_125_fmt.jpeg

Усі біологічні мембрани являють собою комплекс ліпідних і білкових молекул, які з’єднуються разом за допомогою нековалентних взаємодій. Молекули фосфоліпідів утворюють безперервний подвійний шар завтовшки 4–5 нм. Полярні голівки фосфоліпідів у ліпідному бішарі орієнтовані назовні й контактують з молекулами води, а неполярні (гідрофобні) хвости жирних кислот спрямовані один до одного. У ліпідну матрицю занурені численні білкові молекули. Білки, які наскрізь проймають бішар, називають інтегральними (трансмембранними), а мембрани, що знаходяться на зовнішній або внутрішній поверхні, – периферичними.


http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_124_fmt.jpeg

Цитоплазма –частина клітини, поміщена між плазматичною мембраною і ядром. У цитоплазму занурені клітинні органели та різні непостійні структури — включення. Частину цитоплазми, яка міститься між органелами і є складною колоїдною системою, часто називають цитозолем. У цитозолі знаходяться вуглеводи, ліпіди, РНК, АТФ, органічні кислоти, численні білкові молекули. Деякі білки утворюють тривимірну сітку – цитоскелет, зв’язаний з плазмалемою, ядром і органелами.

Основні функції цитоплазми: комунікативна – забезпечує зв’язок різних частин клітини (компартментів) між собою; гомеостатична – підтримує сталість хімічного складу та фізичних властивостей усередині клітини; транспортна – забезпечує перенесення біомолекул між органелами.

Клітинні включення – компоненти цитоплазми, які являють собою відкладення речовин, тимчасово виведених з метаболізму, або кінцевих продуктів метаболізму. Найпоширеніші включення – ліпідні краплі, що складаються з нерозчинних у воді молекул жирів, і гранули глікогену, кожна з яких є єдиною дуже розгалуженою молекулою. У рослинних клітинах часто зустрічаються крохмальні зерна та кристали Кальцій оксалату.

Ендоплазматичний ретикулум (ендоплазматична сітка) (ЕПР) – система дрібних вакуолей і канальців, сполучених одне з одним і відмежованих від цитозолю однією мембраною. Мембрана ЕПР має численні складки, вигини і створює одну безперервну поверхню, яка оточує єдину замкнену порожнину – порожнину ЕПР. Мембрана ЕПР переходить у зовнішню ядерну мембрану, складаючи з нею одне ціле. Розрізняють шорсткий (гранулярний) і гладкий (агранулярний) види ЕПР.
http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_123_fmt.jpeg

Шорсткий ЕПР вкритий рибосомами, розташованими на повернутому до цитоплазми боці мембрани. Його основна функція – участь у синтезі білка. Окрім цього, шорсткий ЕПР необхідний для транспорту макромолекул у різні ділянки клітини (лізосоми, апарат Гольджі), посттрансляційних модифікацій білків, синтезу структурних компонентів клітинних мембран. Гладкий ЕПР можна розглядати як вільну від рибосом ділянку шорсткого ЕПР. Він бере участь у завершальних етапах синтезу ліпідів і деяких внутрішньоклітинних полісахаридів.

Апарат (комплекс) Гольджі (АГ) – це група мембранних мішечків – цистерн, зв’язаних з системою пухирців (пухирців Гольджі), локалізованих біля клітинного ядра. 


http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_122_fmt.jpeg

Основна функція АГ – транспорт речовин і хімічні перетворення клітинних полімерів. Із ЕПР в АГ транспортуються речовини, призначені для секреції. Тут вони модифікуються і виводяться з пухирцями Гольджі шляхом екзоцитозу. Іноді АГ бере участь у транспорті ліпідів. Під час травлення ліпіди розщеплюються на гліцерин і жирні кислоти, які всмоктуються в тонкому кишечнику. Після цього в гладкому ЕПР ліпіди ресинтезуються з їхніх попередників. Далі вони вкриваються білковою оболонкою і через АГ залишають клітину. АГ також виконує такі функції: синтез глікопротеїнів; депонування речовин і їх перерозподіл між різними ділянками клітини; формування лізосом, у яких неактивні травні ферменти перетворюються на активні.

Лізосоми – округлі одномембранні мішечки, наповнені травними ферментами, які здійснюють розщеплення білків, вуглеводів, нуклеїнових кислот, ліпідів на амінокислоти, моносахариди, нуклеотиди, гліцерин і жирні кислоти.

Лізосомальні ферменти синтезуються на шорсткому ЕПР і транспортуються його каналами до АГ. Пізніше від АГ відгалужуються пухирці, які перетворюються на лізосоми. Такі вихідні лізосоми зливаються з вакуолями, які утворилися у процесі ендоцитозу. При цьому формується вторинна лізосома. Лізосомальні ферменти переварюють уміст вакуолі, а неперетравлені залишки виводяться шляхом екзоцитозу. У багатоклітинних організмів неутилізовані відходи можуть не виводитися з клітини, а збиратися в залишкових тільцях — особливому виді клітинних включень.



Рибосоми – органели, що забезпечують синтез білка. Рибосоми складаються з двох субодиниць: великої і малої. 

Кожна субодиниця являє собою складний комплекс з багатьох білків і молекул рибосомальної РНК (рРНК). При взаємодії субодиниць з молекулою іРНК відбувається їх збирання з утворенням функціональної рибосоми. Після цього починається синтез білка – трансляція. У цитоплазмі клітини рибосоми можуть розташовуватися вільно або бути прикріпленими до зовнішньої поверхні мембрани шорсткого ЕПР. Вони можуть об’єднуватися в комплекси –полірибосоми (полісоми). Окрім цитоплазми, рибосоми містяться також у хлоропластах і мітохондріях.




http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_121_fmt.jpeg

Мітохондрії – органели, основна функція яких полягає в забезпеченні клітин енергією. Форма та розміри мітохондрій дуже різноманітні, вони визначаються типом метаболізму і функціональними особливостями клітини. Кількість мітохондрій у клітині варіює від однієї до десятків тисяч.
http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_120_fmt.jpeg

Мітохондрія складається із зовнішньої і внутрішньої мембран, між якими є міжмембранний простір, і внутрішнього вмісту – мітохондріального матриксу.



Зовнішня мембрана мітохондрій гладка. Вона має високу проникність для багатьох молекул, що знаходяться в цитозолі (зокрема для невеликих білків), тому за хімічним складом міжмембранний простір не відрізняється від цитоплазматичного.

Внутрішня мембрана мітохондрій утворює численні складки, або заглиблення – крісти, що значно збільшують площу її поверхні. Мембрана практично непроникна для білків, полісахаридів і багатьох іонів. У внутрішню мембрану вбудовані ферменти дихального ланцюга, що забезпечують синтез АТФ. Тут також знаходяться білки, які відповідають за транспорт у матрикс молекул піровиноградної кислоти, іонів http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/eqn011_fmt.jpeghttp://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/eqn012_fmt.jpeg.

Матрикс являє собою колоїдну систему, в якій містяться кільцеві молекули ДНК та ферментні системи, що забезпечують їх реплікацію і транскрипцію; різні види РНК (тРНК, іРНК); рибосоми, відмінні від рибосом цитоплазми; метаболічні ферменти.

Більшість білків, що забезпечують функцію мітохондрій, кодуються ядерною ДНК і доправляються в матрикс з цитоплазми. У мітохондріальному матриксі містяться ферменти, що забезпечують проходження численних біохімічних процесів.



Клітинний центр (центросома) визначає орієнтацію веретена поділу і розходження хромосом до полюсів клітини під час мітозу або мейозу. Крім того, він бере участь у формуванні органоїдів руху — джгутиків і війок.
http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_119_fmt.jpeg

Звичайно клітинний центр знаходиться поблизу ядра тваринних клітин. Він складається з двох розташованих під прямим кутом один до одного центріолей. Кожна центріоль – це циліндр завдовжки 0,3 мкм і діаметром 0,1 мкм, стінка якого утворена дев’ятьма групами білкових мікротрубочок. Центріолі оточені аморфним простором (хмарою) з білків, вуглеводів і невеликої кількості ліпідів, що відіграє важливу роль у прикріпленні ниточок веретена поділу. Важливою особливістю центріолей є їх здатність до автономного розмноження, яке не залежить від поділу клітини. Більшість клітин рослин не містять центріолей, і трубочки веретена поділу кріп-ляться до мембран ЕПР.



Псевдоподії (несправжні ніжки) утворюються шляхом вигину плазматичної мембрани. Серед вільноживучих одноклітинних організмів псевдоподії має амеба. Вони є також у лейкоцитів ссавців.
Джгутики (у рослин і тварин) і війки (у тварин) мають схожу будову – декілька (частіше 11) мікротрубочок, здатних скорочуватись, і відрізняються одні від одних тільки довжиною. 

http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_118_fmt.jpeg

Ззовні мікротрубочки вкриті мембраною – продовженням плазмалеми. Головна функція цих органел полягає в пересуванні клітин або в просуванні уздовж клітин рідини, яка оточує їх, і частинок.



Ядро – органела всіх еукаріотичних клітин, що несе спадкову інформацію, закладену в молекулі ДНК. Відтворення і зчитування цієї інформації здійснюється за допомогою специфічних ядерних ферментів. Рідкий уміст ядра – «ядерний сік» (або нуклеоплазма) відокремлений від цитозолю ядерною оболонкою. Ядерна оболонка утворена двома мембранами – зовнішньою та внутрішньою, і пронизана ядерними порами. Зовнішня мембрана з одного боку переходить у мембрани ЕПР, а з іншого (по краях ядерних пор) –у внутрішню мембрану. Через ядерну мембрану відбувається обмін різними органічними молекулами (білки, іРНК) і надмолекулярними комплексами (суб-одиниці рибосом) між нуклеоплазмою та цитозолем.
У нуклеоплазмі містяться: хроматин – молекули ДНК, зв’язані з білками (гістонами); одне або декілька ядер – округлих структур, у яких відбувається синтез рРНК, її упаковка і початкові етапи збирання рибосомальних субодиниць; ферментні системи, що забезпечують реплікацію, транскрипцію і репарацію ДНК.


http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_117_fmt.jpeg

До органел, типових для рослинної клітини, належать вакуолі і пластиди.


Вакуоля може займати до 90 % об’єму клітини, її основними функціями є: підтримка тургору – внутрішнього тиску клітини, і складування продуктів життєдіяльності клітини. Клітинний сік, що наповнює її, – це водний розчин, який має слабокислу або нейтральну реакцію.

Найважливішими для життєдіяльності клітини пластидами є хлоропласти, що містять зелений фотосинтезуючий пігмент хлорофіл. Вони зустрічаються, як правило, у всіх освітлених частинах рослини. 


http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_179_fmt.jpeg

Хлоропласти належать до двомембранних органел, внутрішня речовина хлоропласту називається стромою. Їх внутрішня мембрана утворює впорядковану систему порожнин дископодібної форми, які називають тилакоїдами, тилакоїди зібрані в стопки – грани.


http://schoollib.com.ua/dovidnyk_shkolyara/biologiya/images4657images_180_fmt.jpeg

Лейкопласти являють собою безбарвні пластиди, розташовані, як правило, у прихованих від сонячного світла частинах рослини. Внутрішня структура лейкопласту розвинена слабко, основною функцією є запасання поживних речовин, крохмалю, жирів, білків.

Хромопласти – пластиди, які містять різні барвникові пігменти, що належать до групи каротиноїдів. Розташовуються в забарвлених частинах рослини, позбавлені хлорофілу, внутрішня мембранна система не розвинена.

Характерною особливістю пластид є їхня здатність перетворюватися одна на одну.




  1. Порівняльна характеристика будови клітин прокаріот і еукаріот.


Клітини всіх живих організмів за структурно-функціональними особливостями можна поділити на дві великі групи: еукаріотичні та прокаріотичні. Структурними компонентами еукаріотичних клітин є плазматична мембрана, цитоплазма, клітинні органели, ядро. Прокаріотичні клітини не мають ядра і деяких органел (мітохондрій, ендоплазматичного ретикулуму, апарату Гольджі).


База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка